CN114715419A - 一种辅助动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于航空机械技术领域，公开了一种辅助动力装置，辅助动力装置包括蜗壳、离心压气机、燃烧室、多级燃气涡轮和排气道，蜗壳上集成有进气口和引气口；其中，离心压气机的进气口与进气道连通，引气口和燃烧室的进气口均与离心压气机的出气口连通，燃烧室的出气口与排气道之间的通道内设置有多级燃气涡轮，且离心压气机的转子与多级燃气涡轮的转子连接。本发明提供的辅助动力装置，结构简单且紧凑，可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及航空机械技术领域，尤其涉及一种辅助动力装置。
背景技术
辅助动力装置，是指航空器上主动力装置(发动机)之外可独立输出压缩空气或供电的小型辅助动力装置。一般是小型的燃气涡轮发动机。包括功率输出轴、压缩空气引出装置和自动控制装置等。起飞前，为航空器提供压缩空气，可用于航空器的空调系统供气或为主发动机起动机提供气源启动，也可在主发动机启动前为飞机电力系统输出电力，减少航空器对机场设备的依赖；在飞行中，当主发动机或其发电装置出现故障时，能向航空器提供应急能源，提高飞行安全性；着陆时，也可为航空器提供能源。
近些年航空事业发展迅速，军用和民用市场对辅助动力装置的需求日益增多。而现有的辅助动力装置体积庞大，结构复杂，可靠性较差，已经不适于当下航空事业的发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种辅助动力装置，结构紧凑且可靠性高。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种辅助动力装置，包括蜗壳、离心压气机、燃烧室、多级燃气涡轮和排气道；其中，
所述蜗壳上集成有进气道和引气口，所述离心压气机的进气口与所述进气道连通，所述引气口和所述燃烧室的进气口均与所述离心压气机的出气口连通，所述燃烧室的出气口与所述排气道之间的通道内设置有多级燃气涡轮，且所述离心压气机的转子与所述多级燃气涡轮的转子连接。
可选地，所述离心压气机的转子与所述多级燃气涡轮的转子固定连接为一整体。
可选地，所述多级燃气涡轮包括一级燃气涡轮和二级燃气涡轮，所述一级燃气涡轮和所述二级燃气涡轮于所述燃烧室的出气口与所述排气道之间的通道内依次排列，所述一级燃气涡轮的转子和所述二级燃气涡轮的转子固定连接为一整体。
可选地，还包括设置于所述离心压气机内的起发电机，所述起发电机能驱动所述离心压气机的转子转动。
可选地，所述燃烧室为回流燃烧室。
可选地，所述引气口内设置有阀门，所述阀门能控制所述引气口的开闭。
可选地，所述进气道内设置有滤网，所述滤网用于过滤空气中的杂质。
可选地，还包括设置于所述蜗壳上的燃油泵，所述燃油泵能向所述燃烧室内喷射燃油。
可选地，还包括控制器，所述控制器与所述燃油泵电连接，所述控制器能控制所述燃油泵向所述燃烧室内喷射燃油的压力和流量。
可选地，还包括设置于所述蜗壳上的滑油泵，所述离心压气机的滑油和所述多级燃气涡轮的滑油均通过所述滑油泵循环。
有益效果：
本发明提供的辅助动力装置，起动阶段离心压气机的转子转动，使空气从进气道吸入至离心压气机压缩并输送至燃烧室，同时离心压气机的转子转动能带动多级燃气涡轮的转子转动，当多级燃气涡轮的转速达到点火转速后，燃烧室内注入燃油与空气产生反应燃烧并形成高温高压的燃气，燃气排放至设置有多级燃气涡轮的通道内并从排气道排出，有效提高多级燃气涡轮的转子的转速，使离心压气机的转子转速加快，进而使离心压气机吸入的空气量不断增加，产生的高温高压燃气不断增多，使离心压气机的转子以及多级燃气涡轮的转子继续加速，直至达到设定的工作转速，达到工作转速后，空气于离心压气机压缩后，一部分继续输送至燃烧室，一部分从引气口排出蜗壳供飞机上的其他设备使用，结构简单且可靠性高。此外，该辅助动力装置集成有离心压气机、燃烧室和多级燃气涡轮，使该辅助动力装置结构紧凑。
附图说明
图1是本发明提供的辅助动力装置的结构示意图；
图2是本发明提供的辅助动力装置的工作原理示意图。
图中：
100、蜗壳；110、进气道；120、排气道；130、引气口；
200、离心压气机；210、起发电机；
300、燃烧室；
400、多级燃气涡轮；410、一级燃气涡轮；420、二级燃气涡轮。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
参照图1至图2所示，本实施例提供了一种辅助动力装置，包括蜗壳100、离心压气机200、燃烧室300、多级燃气涡轮400和排气道120；其中，蜗壳100上集成有进气道110和引气口130，离心压气机200的进气口与进气道110连通，引气口130和燃烧室300的进气口均与离心压气机200的出气口连通，燃烧室300的出气口与排气道120之间的通道内设置有多级燃气涡轮400，且离心压气机200的转子与多级燃气涡轮400的转子连接。
在本实施例中，该辅助动力装置的起动阶段离心压气机200的转子转动，使空气从进气道110吸入至离心压气机200压缩并输送至燃烧室300，同时离心压气机200的转子转动能带动多级燃气涡轮400的转子转动，当多级燃气涡轮400的转速达到点火转速后，燃烧室300内注入燃油与空气产生反应燃烧并形成高温高压的燃气，燃气排放至设置有多级燃气涡轮400的通道内并从排气道120排出，有效提高多级燃气涡轮400的转子的转速，使离心压气机200的转子转速加快，进而使离心压气机200吸入的空气量不断增加，产生的高温高压燃气不断增多，使离心压气机200的转子以及多级燃气涡轮400的转子继续加速，直至达到设定的工作转速，达到工作转速后，空气于离心压气机200压缩后，一部分继续输送至燃烧室300，一部分从引气口130排出蜗壳100供飞机上的其他设备使用，结构简单且可靠性高。此外，该辅助动力装置集成有离心压气机200、燃烧室300和多级燃气涡轮400，使该辅助动力装置结构紧凑。
具体地，进气道110内设置有滤网，滤网用于过滤空气中的杂质，能有效阻止异物进入蜗壳100内，进而保护蜗壳100内的构件及装置。
于本实施例中，离心压气机200的转子与多级燃气涡轮400的转子固定连接为一整体，即整体转子，以提高离心压气机200的转子与多级燃气涡轮400的转子的传动效率，减少能源的消耗。
优选地，多级燃气涡轮400包括一级燃气涡轮410和二级燃气涡轮420，一级燃气涡轮410和二级燃气涡轮420于燃烧室300的出气口与排气道120之间的通道内依次排列，一级燃气涡轮410的转子和二级燃气涡轮420的转子固定连接为一整体。在本实施例中，燃烧室300内形成高温高压的燃气先经过一级燃气涡轮410的转子上的叶片以加快一级燃气涡轮410的转子转动，之后燃气经过二级燃气涡轮420的转子上的叶片以加快一级燃气涡轮410的转子转动，且一级燃气涡轮410的转子和二级燃气涡轮420的转子固定连接为一整体，使该多级燃气涡轮400的转子具有更快的加速度加速旋转，进而带动同为一整体的离心压气机200的转子具有更快的加速度加快旋转，使离心压气机200的转子以及多级燃气涡轮400的转子构成的整体转子能更加快速的达到设定的工作转速，节约能源的消耗，提高传动效率，且一级燃气涡轮410和二级燃气涡轮420的设置能使该辅助动力装置结构更加紧凑，可靠性高。当然，多级燃气涡轮400还可以包括更多的燃气涡轮，在此不再做过多限定。
于本实施例中，燃烧室300为回流燃烧室，离心压气机200压缩后的空气由燃烧室300的后端流入，燃烧的燃气则向前形成回流，有效缩短发动机的长度，使该辅助动力装置结构更加紧凑。当然，燃烧室300还可以是折流式燃烧室或其他类型的燃烧室，在此不再做过多限定。
于本实施例中，该辅助动力装置还包括设置于离心压气机200内的起发电机210，起发电机210能驱动离心压气机200的转子转动。在本实施例中，该辅助动力装置起动阶段，由外部电源供电给起发电机210，通过起发电机210驱动离心压气机200的转子转动，且将起发电机210集成于离心压气机200内，使该辅助动力装置结构更加紧凑且起动电流小，安全性高。进一步地，起发电机210为现有技术，在此不再做详细赘述。
于本实施例中，引气口130内设置有阀门，阀门能控制引气口130的开闭。在本实施例中，该辅助动力装置处于起动阶段时，引气口130通过阀门关闭，离心压气机200压缩的空气全都输送至燃烧室300，参与燃气室内的然油与空气的反应，使燃油有效充分燃烧，能有效避免燃油燃烧不充分的情况发生，当离心压气机200的转子以及多级燃气涡轮400的转子构成的整体转子达到设定的工作转速，引气口130通过阀门打开，部分离心压气机200内的压缩空气从引气口130流出供飞机上的其他设备使用。优选地，阀门为电控阀门。
于本实施例中，该辅助动力装置还包括设置于蜗壳100上的滑油泵，离心压气机200的滑油和多级燃气涡轮400的滑油均通过滑油泵循环。具体地，滑油泵与外部的滑油箱连通，且滑油泵包括进油泵和回油泵，该辅助动力装置启动后，进油泵将滑油箱内的滑油抽出输送至离心压气机200、多级燃气涡轮400和其他需要润滑的装置或机构中，润滑后的滑油又被回油泵抽回滑油箱，滑油泵的安装方式为现有技术，在此不再做过多赘述。
于本实施例中，该辅助动力装置还包括设置于蜗壳100上的燃油泵，燃油泵能向燃烧室300内喷射燃油。优选地，燃油泵为电动燃油泵。具体地，燃油泵与外部燃油箱连通，当多级燃气涡轮400的转速达到点火转速后，燃油泵将燃油箱的燃油抽出输送至燃烧室300，燃油于燃烧室300与离心压气机200压缩输送至燃烧室300的压缩空气产生反应燃烧并形成高温高压的燃气。进一步地，燃油泵还可以设置于外部的燃油箱内，浸没在汽油中，工作噪声小，使用寿命长，因此应用比较广泛。
于本实施例中，该辅助动力装置还包括控制器，控制器与燃油泵电连接，控制器能控制燃油泵向燃烧室300内喷射燃油的压力和流量。进一步地，控制器还可以与外部控制设备、离心压气机200、燃烧室300内的点火系统、多级燃气涡轮400、阀门以及滑油泵电连接，当控制器接收到外部控制设备的启动信号后时，控制器控制阀门关闭引气口130，控制器控制滑油泵启动，滑油泵驱使滑油循环流动，同时控制器启动离心压气机200的起发电机210，起发电机210驱动离心压气机200的转子转动，当控制器接收到多级燃气涡轮400的转速达到点火转速的信号后，控制器控制燃油泵将燃油箱的燃油抽出输送至燃烧室300，燃油通过控制器控制点火系统进行反应，在此过程中，控制器可以控制燃油泵向燃烧室300内喷射燃油的压力和流量以调节离心压气机200的转子以及多级燃气涡轮400的转子构成的整体转子的转速，进而调节离心压气机200对空气的压缩量，控制灵活，方便调节，可实现全电调控的工作模式。进一步地，点火系统为现有技术，在此不再做详细赘述。
示例性地，当辅助动力装置启动时，控制器控制阀门关闭引气口130，控制器控制滑油泵驱使滑油循环流动，且控制器控制起发电机210驱动离心压气机200的转子转动，空气从进气道110吸入至离心压气机200压缩并输送至燃烧室300，同时离心压气机200的转子转动带动多级燃气涡轮400的转子转动，当控制器接收到多级燃气涡轮400的转速达到点火转速的信号后，控制器控制燃油泵将燃油箱的燃油抽出输送至燃烧室300燃烧并形成高温高压的燃气，燃气排放至设置有多级燃气涡轮400的通道内并从排气道120排出，在此期间，燃气提高多级燃气涡轮400的转子的转速，使整体转子加速旋转，进而使离心压气机200吸入的空气量不断增加，产生的高温高压燃气不断增多，使整体转子继续加速，直至达到设定的工作转速，当控制器接收到整体转子达到工作转速的信号后，控制器控制阀门打开引气口130，空气于离心压气机200压缩后供飞机上的其他设备使用，控制灵活，方便调节。此外，采用回流燃烧室，起发电机210集成于离心压气机200内，离心压气机200的转子与多级燃气涡轮400的转子固定连接为一整体转子，使该辅助动力装置结构紧凑且简单，拆卸方便、可靠性高。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种辅助动力装置，其特征在于，包括蜗壳(100)、离心压气机(200)、燃烧室(300)、多级燃气涡轮(400)和排气道(120)；其中，
所述蜗壳(100)上集成有进气道(110)和引气口(130)，所述离心压气机(200)的进气口与所述进气道(110)连通，所述引气口(130)和所述燃烧室(300)的进气口均与所述离心压气机(200)的出气口连通，所述燃烧室(300)的出气口与所述排气道(120)之间的通道内设置有多级燃气涡轮(400)，且所述离心压气机(200)的转子与所述多级燃气涡轮(400)的转子连接。
2.根据权利要求1所述的辅助动力装置，其特征在于，所述离心压气机(200)的转子与所述多级燃气涡轮(400)的转子固定连接为一整体。
3.根据权利要求1所述的辅助动力装置，其特征在于，所述多级燃气涡轮(400)包括一级燃气涡轮(410)和二级燃气涡轮(420)，所述一级燃气涡轮(410)和所述二级燃气涡轮(420)于所述燃烧室(300)的出气口与所述排气道(120)之间的通道内依次排列，所述一级燃气涡轮(410)的转子和所述二级燃气涡轮(420)的转子固定连接为一整体。
4.根据权利要求1所述的辅助动力装置，其特征在于，还包括设置于所述离心压气机(200)内的起发电机(210)，所述起发电机(210)能驱动所述离心压气机(200)的转子转动。
5.根据权利要求1所述的辅助动力装置，其特征在于，所述燃烧室(300)为回流燃烧室。
6.根据权利要求1所述的辅助动力装置，其特征在于，所述引气口(130)内设置有阀门，所述阀门能控制所述引气口(130)的开闭。
7.根据权利要求1所述的辅助动力装置，其特征在于，所述进气道(110)内设置有滤网，所述滤网用于过滤空气中的杂质。
8.根据权利要求1至7任一项所述的辅助动力装置，其特征在于，还包括设置于所述蜗壳(100)上的燃油泵，所述燃油泵能向所述燃烧室(300)内喷射燃油。
9.根据权利要求8所述的辅助动力装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与所述燃油泵电连接，所述控制器能控制所述燃油泵向所述燃烧室(300)内喷射燃油的压力和流量。
10.根据权利要求1至7任一项所述的辅助动力装置，其特征在于，还包括设置于所述蜗壳(100)上的滑油泵，所述离心压气机(200)的滑油和所述多级燃气涡轮(400)的滑油均通过所述滑油泵循环。
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